الجينوم البشري الاصطناعي: لماذا من المهم

إنها مثل أشياء الخيال العلمي.

قم بتشغيل جهاز الكمبيوتر الخاص بك. اختيار الصفات التي تريدها - ربما العيون البني أو القدرة الموسيقية أو مقاومة للسرطان.

أدفرتيسيمنتادفرتيسيمنت

واضغط على بدء.

يبدأ الجهاز في المختبر الخاص بك ثم قطع قطعة من اللبنات الكيميائية من الحمض النووي.

في النهاية، سيكون لديك كامل الشفرة الوراثية - أو الجينوم - اللازمة لخلق الإنسان مصممة لمواصفاتك بالضبط.

> الإعلان

هذا السيناريو غير ممكن الآن، ولكن مجموعة من العلماء يأملون في جعلها حقيقة واقعة - أو على الأقل ممكنة تقنيا - في غضون 10 سنوات.

بعض النقاد يشعرون بالقلق من أن هذه التكنولوجيا يمكن أن تؤدي إلى الأطفال المصممين أو سوبيرهومانز وراثي.

أدفرتيسيمنتادفرتيسيمنت

ولكن مجموعة الباحثين يقولون إن خططهم أقل إثارة، على الرغم من تغيير اللعبة في مجال الهندسة الوراثية.

اقرأ المزيد: ما هو علم الجينوم؟ »

كتابة الجينوم البشري أكثر تشباه

يتكون الجينوم البشري من أربع وحدات كيميائية فرعية - النيوكليوتيدات - التي تشكل الشفرة الوراثية للحمض النووي والجينات.

يحدد الترتيب المحدد للنيوكليوتيدات كيف تبدو أجسادنا ووظيفتها - على الرغم من أن الظروف البيئية لها أيضا تأثير.

الاختلافات في الشفرة الوراثية يمكن أن تؤدي إلى أمراض مثل مرض تاي-ساكس، والتليف الكيسي، وحتى عمى الألوان. يمكن تعديل هذه الأجزاء من الجينوم علاج هذه الأمراض.

أدفرتيسيمنتادفرتيسيمنت

العلماء لديهم بالفعل القدرة على توليف، أو "الكتابة"، شرائح من الحمض النووي من النيوكليوتيدات.

وقد تم ذلك مع البكتيريا والفيروسات والخميرة. وحتى أقصر قطعة من الحمض النووي البشري.

ولكن ليس بسرعة كافية أو رخيصة بما فيه الكفاية لتجميع أزواج قاعدة 3 مليارات التي تشكل الجينوم البشري بأكمله.

إعلان

ويأمل الباحثون أن المشروع الجديد سيوفر نفس النوع من الدعم التكنولوجي ل "الكتابة" دنا أن مشروع الجينوم البشري لم "القراءة" لدينا بنية وراثية.

"إن الهدف الرئيسي لل هغب-ورايت هو خفض تكاليف الهندسة واختبار الجينومات الكبيرة (من 1 إلى 100 مليار زوج أساسي) في خطوط الخلايا بأكثر من 1000 مرة خلال 10 سنوات". 2 يونيو في مجلة العلوم.

أدفرتيسيمنتادفرتيسيمنت

وهذا لا يشمل الجينوم البشري فحسب، بل أيضا الكائنات الأخرى المهمة للزراعة والصحة العامة والتطبيقات الطبية.

اقرأ المزيد: يمكن للعلماء الآن تحرير خطاب الجينوم في وقت واحد »

التحديات التي تواجه العمل

من التحديات التي تواجه عمل هذا المشروع الحصول على الجينوم المكتمل، أو جزء من الجينوم، في خلية مضيفة. يمكن أن يكون هذا المضيف خلية ثديية أو كائن حي آخر مثل البكتيريا E.القولونية.

الإعلان

بناء الجينوم من الصفر هو أيضا يختلف كثيرا عن تعديل الجينوم الموجود - الشيء الذي يمكن القيام به الآن مع تقنيات مثل كريسبر / Cas9.

سيحتاج العلماء إلى تصميم الجينوم بحيث يحافظ على عمل الخلية بشكل طبيعي. ويمكن أن يساعد ذلك باستخدام برامج حاسوبية. واحدة من اللاعبين الرئيسيين على المشروع هو شركة برمجيات الكمبيوتر أوتوديسك.

أدفرتيسيمنتادفرتيسيمنت

ولكن الأهم من ذلك أنها تتطلب فهما أكبر لما يفعله كل جزء من الجينوم، والعلماء بدأوا للتو خدش السطح.

وتأمل المجموعة، مع ذلك، أن نهج "التعلم عن طريق بناء" سيساعدهم على تحقيق تقدم في هذا المجال.

"أنت تعرف كل الأجزاء اللازمة [لجعل كروموسوم]، لذلك يمكنك أن تأخذ هذه الأجزاء وإعادة بنائها. إذا كانت وظيفية، فإنك ترى أنك على حق "، وقال تورستن والدنهاوس، دكتوراه في علم الأحياء الدقيقة الاصطناعية في مركز لويوي للميكروبيولوجيا الاصطناعية في ألمانيا، والذي لم يشارك في المشروع، أخبار العلوم.

كما حدث مع أول مشروع الجينوم البشري، سوف تحتاج إلى تطوير تقنيات جديدة على طول الطريق لتسريع عملية الكتابة. وجعله أرخص.

سيبدأ الباحثون بكتابة أجزاء أصغر من الجينوم والعمل حتى قطع أطول. وسيؤدي ذلك في النهاية إلى فوائد غير مباشرة.

"قد تكون المنتجات الملموسة بطيئة في البداية، ولكن كتابة الحمض النووي بتكلفة زهيدة على نطاق واسع سيجعل الباحثين أكثر كفاءة وشمولية في عملهم، مما يؤدي إلى إمكانات غير محدودة عمليا للمنتجات غير المباشرة" دانيال تولمان إرسك، ف. D.، وهو مهندس الكيمياء الحيوية في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، وقال سسينتيفيك أمريكان.

اقرأ المزيد: علم الجينوم مقابل علم الوراثة - نظرة أكثر قربا »

استخدامات الجينوم البشري

التطبيقات المحتملة التي يمكن أن تخرج من هذا المشروع تتراوح من الطبيعي نسبيا إلى مشكوك فيه أخلاقيا.

واحدة من هذه المشاريع الرائدة هو إنشاء خلايا "أولتراساف" التي تقاوم الفيروسات والسرطان.

يمكن أن تكون هذه في شكل خلايا جذعية. يتم اختبار هذه بالفعل كعلاج لظروف مثل التهاب المفاصل الروماتويدي وأمراض الرئة.

الخلايا الجذعية تعمل على علاج المرض لأنها يمكن أن تتكاثر بسرعة. ولكن هذا هو أيضا سمة من الخلايا السرطانية. واحدة من المخاوف العالقة حول العلاج بالخلايا الجذعية هي أن الخلايا الجذعية سوف تتحول سرطانية.

هذا يمكن تجنبه من خلال تصميم الخلايا الجذعية مع الجينوم الاصطناعية التي هي أقل عرضة للطفرات وتسبب السرطان.

يقول بول فريمونت، رئيس قسم البيولوجيا الهيكلية في كلية إمبريال كوليدج في لندن، ل "نيو ساينتيست": "من الأفضل أن يكون البديل البيولوجيا التخليقي المشفر ليصبح أبدا سرطانيا أفضل".

ويمكن أيضا استخدام الجينوم الاصطناعي لتعديل جينوم الحيوان الآخر. يمكن أن تكون الأجهزة من خنزير "أنسنة" أكثر ملاءمة للزرع في الناس - أقل عرضة للرفض من قبل الجهاز المناعي للشخص.

مشروع واحد تجريبي يدعو حتى لإنشاء "الجينوم المرجعي" الذي يتضمن المتغيرات الأكثر شيوعا من جميع الجينات.

ويمكن استخدام هذا لاختبار الاختلافات الجينية واحدا تلو الآخر لمعرفة كيف أنها تؤثر على وظيفة الجسم أو تطور المرض.

يقول جورج تشورش، أستاذ الدكتوراة في علم الوراثة بجامعة هارفارد، ل "نيو ساينتست": "يمكنك استخدام هذه الصفيحة الفارغة، هذه الزبادي العادي للبشرية، إلى فتحة في الجينات المختلفة ومعرفة".

اقرأ المزيد: العلاج بالخلايا الجذعية لالتهاب المفاصل الروماتويدي »

التكلفة العالية للجينوم الاصطناعية

تأمل المجموعة في إطلاق مشروعها في وقت لاحق من هذا العام بتمويل قدره 100 مليون دولار من القطاعين العام والخاص والخيرية والصناعة مصادر أكاديمية من جميع أنحاء العالم. "

د. وقال فرانسيس س. كولينز، مدير المعهد الوطني للصحة إن المعاهد الوطنية للصحة، وهي واحدة من وكالات التمويل الرئيسية في الولايات المتحدة، ليس لديها خطط لتمويل هذا النوع من المشاريع في هذا الوقت.

في بيان، قال كولينز إن المعاهد الوطنية للصحة "لم تعتبر الوقت المناسب لتمويل مشروع واسع النطاق موجه نحو الإنتاج" مثل المشروع المقترح.

من المحتمل أن تكون التكلفة الإجمالية للمشروع العشري ضخمة، ولكن المجموعة تتوقع أن تكلف أقل من 3 مليارات دولار تنفق على مشروع الجينوم البشري الأول.

وقال بعض الباحثين لطبيعة أن المشروع كان تركيزا لا مبرر له من الجهود التي يجري القيام بها بالفعل في الشركات العاملة في هذا المجال.

يسأل نقاد آخرون عما إذا كانت الفوائد المعلنة للمجموعة تبرر التكلفة.

"أعتقد أن تطوير أدوات لجعل تسلسل وراثي كبير هو هدف الإنسان المهم. خلق لومي زولوث، دكتوراه في علم الأحياء الأحيائية في جامعة نورث وسترن، للعلوم، إنشاء جينومات [بشرية] جديدة تماما - وهذا نوع مختلف من المشروع.

في محاولة لتهدئة المخاوف من أن العلماء سيخلقون سباقا جديدا من سوبيرهومانز، قال الزعيم المشارك للمجموعة ل سسينتيفيك أمريكان أن الخلايا التي تحتوي على جينوم اصطناعي ستصمم بحيث إذا كان أحد ينمو إلى إنسان كامل، ر تكون قادرة على إعادة إنتاج.

يقول جيف بويك، عالم الأحياء الاصطناعية في مركز نيو لانغون الطبي ل "سسينتيفيك أمريكان": "نحن لا نحاول أن نجعل جيشا من الحيوانات المستنسخة أو نبدأ حقبة جديدة من تحسين النسل. "هذه ليست الخطة. "